TWI792811B - 工藝腔室的進氣組件、進氣裝置及半導體加工設備 - Google Patents
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Abstract
本發明實施例提供一種半導體工藝設備中工藝腔室的進氣組件、進氣裝置及半導體加工設備，該進氣組件用於將工藝氣體輸送至與工藝腔室連通的進氣管中，進氣組件中沿進氣方向依次設置有多個混氣腔，任意相鄰的兩個混氣腔互相連通，進氣組件包括進氣接頭，該進氣接頭與位於進氣方向最上游的混氣腔連通，位於進氣方向最下游的混氣腔與進氣管連通；所述進氣組件的出氣方向與所述進氣方向相同。本發明實施例提供的半導體工藝設備中工藝腔室的進氣組件、進氣裝置及半導體加工設備，可以對工藝氣體進行充分混合和勻氣，從而不僅可以提高工藝氣體的組分分佈均勻性，而且還可以減小進氣管不同區域之間的氣流速度差異，從而可以提高工藝穩定性。
Description
本發明涉及半導體製造領域，具體地，涉及一種半導體工藝設備中工藝腔室的進氣組件、進氣裝置及半導體加工設備。
外延生長是指在單晶襯底上生長一層與襯底晶向相同的單晶層。相比於矽外延的生長環境，碳化矽外延的工藝環境溫度更高，通常可以達到1500℃至1800℃，且生長週期更長。目前主要採用化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD）的方法進行碳化矽的外延層生長。
在外延生長中，對氣流場的控制是影響工藝均勻性的重要因素。但是，現有的進氣裝置在實際應用中往往存在以下問題：
其一，通過現有的進氣裝置輸出的包含多種氣體組分的工藝氣體沒有經過充分混合就進入工藝腔室，導致工藝腔室中的工藝氣體的組分分佈不均，從而造成襯底不同位置的反應效率不同，進而影響工藝均勻性。
其二，如圖1所示，現有的進氣裝置設置有三個分流腔，用於對工藝氣體進行分流，其中，由於與中間的分流腔對應的進氣孔數量較多，且進氣孔位於該分流腔的中心位置，並且自該進氣孔進入的工藝氣體沒有來得及向兩側邊緣充分擴散就進入中間的分流腔，導致中間的進氣孔輸出的氣流速度高於兩側的進氣孔輸出的氣流速度，這種速度差會造成分流腔中的氣流場產生包含死區和渦流的亂流區，如圖1中的區域A所示，由於工藝氣體會在死區中停留，而死區中的工藝氣體在飽和之後會溢出，並流入工藝腔室與襯底反應，導致不同襯底的生產過程產生差異，從而影響了工藝穩定性。
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種半導體工藝設備中工藝腔室的進氣組件、進氣裝置及半導體加工設備，其可以對工藝氣體中的多種氣體組分進行充分混合，使工藝氣體充分擴散，提高工藝氣體的組分分佈均勻性，進而可以提高工藝穩定性。
為實現本發明的目的而提供一種半導體工藝設備中工藝腔室的進氣組件，所述進氣組件用於將工藝氣體輸送至與所述工藝腔室連通的進氣管中，
所述進氣組件中沿進氣方向依次設置有多個混氣腔，任意相鄰的兩個所述混氣腔互相連通，所述進氣組件包括進氣接頭，所述進氣接頭與位於所述進氣方向最上游的所述混氣腔連通，位於所述進氣方向最下游的所述混氣腔與所述進氣管連通；所述進氣組件的出氣方向與所述進氣方向相同。
可選的，所述進氣組件包括沿所述進氣方向依次連接的進氣件、一個或多個混氣件、射流板，其中，
所述進氣件和所述混氣件上均開設有開口朝向所述進氣方向的凹槽，所述進氣接頭設置在所述進氣件上，所述進氣件上的所述凹槽與位於所述進氣方向最上游的所述混氣件互相配合形成一所述混氣腔，任意兩個相鄰的所述混氣件中，位於上游的所述混氣件上的所述凹槽與位於下游的所述混氣件互相配合形成一所述混氣腔；
所述射流板設置在位於所述進氣方向最下游的所述混氣件的凹槽的開口處，且與位於所述進氣方向最下游的所述混氣件上的所述凹槽互相配合形成一所述混氣腔。
可選的，所述進氣件的所述凹槽底部開設有進氣孔，所述進氣接頭與所述進氣孔連通，所述混氣件的所述凹槽底部開設有勻氣孔，任意相鄰的兩個所述混氣腔通過所述勻氣孔互相連通，所述射流板上開設有射流孔，位於所述進氣方向最下游的所述混氣腔通過所述射流孔與所述進氣管連通。
可選的，所述凹槽中設置有至少一個隔離件，用以在垂直於所述進氣方向的方向上將所述凹槽劃分為多個子凹槽；所述進氣孔為多個，多個所述進氣孔劃分為多個進氣孔組，所述進氣孔組的數量與所述子凹槽的數量相同，且一一對應地設置；所述勻氣孔為多個，多個所述勻氣孔劃分為多個勻氣孔組，所述勻氣孔組的數量與所述子凹槽的數量相同，且一一對應地設置；所述射流孔為多個，多個所述射流孔劃分為多個所述射流孔組；所述射流孔組的數量與所述子凹槽的數量相同，且一一對應地設置；所述射流孔的出氣方向即為所述出氣方向。
可選的，每個所述勻氣孔組均包括多個所述勻氣孔，同一所述勻氣孔組中的多個所述勻氣孔呈陣列排布，多個所述勻氣孔的直徑從所述子凹槽中心向兩側邊緣逐漸增大。
可選的，沿所述進氣方向由上游至下游，不同的所述勻氣孔組中的所述勻氣孔的行數逐漸增多，且不同的所述勻氣孔組中同一行的勻氣孔數量逐漸增多。
可選的，在所述進氣方向上，任意相鄰兩組所述勻氣孔組中的所述勻氣孔相互交錯。
可選的，每個所述射流孔組均包括多個所述射流孔，多個所述射流孔呈陣列排布，多個所述射流孔的直徑相同，且小於所述勻氣孔的直徑，所述射流孔組中多個所述射流孔的行數大於對應的所述勻氣孔組中多個所述勻氣孔的行數，所述射流孔組中任意一行射流孔的數量均大於對應的所述勻氣孔組中同一行勻氣孔的數量。
作為另一個技術方案，本發明實施例還提供一種進氣裝置，包括本發明實施例提供的上述進氣組件、進氣管和過渡組件，所述進氣組件和所述過渡組件分別設置在所述進氣管的兩端，所述進氣管通過所述過渡組件與所述工藝腔室連通。
可選的，所述進氣管包括沿所述進氣方向依次設置的漸擴管段和直管段，其中，所述漸擴管段的截面尺寸沿所述進氣方向逐漸增大。
可選的，所述進氣管中設置有隔板，用以在沿垂直於所述進氣方向的方向上將所述進氣管分隔為多個氣流通道，所述隔板包括沿所述進氣方向依次設置的等厚部分和漸薄部分，其中，所述漸薄部分的厚度沿所述進氣方向逐漸減小。
可選的，所述過渡組件包括沿所述進氣方向依次插接的多個過渡件，位於所述進氣方向最上游的所述過渡件與所述進氣管插接，位於所述進氣方向最下游的所述過渡件與所述工藝腔室連通。
可選的，所述進氣管採用石英製作；所述過渡件均採用石墨製作。
作為另一個技術方案，本發明實施例還提供一種半導體加工設備，包括工藝腔室，還包括本發明實施例提供的上述工藝腔室的進氣裝置。
本發明具有以下有益效果：
本發明實施例提供的半導體工藝設備中工藝腔室的進氣組件，該進氣組件中沿進氣方向依次設置有多個混氣腔，任意相鄰的兩個混氣腔互相連通，進氣組件包括進氣接頭，該進氣接頭與位於進氣方向最上游的混氣腔連通，位於進氣方向最下游的混氣腔與進氣管連通。借助沿進氣方向依次設置有多個混氣腔，可以將工藝氣體逐層進行混合，從而可以對工藝氣體中的多種氣體組分進行充分混合，使工藝氣體充分擴散，提高工藝氣體的組分分佈均勻性，進而可以提高工藝穩定性。同時，上述進氣組件在將工藝氣體輸送至與工藝腔室連通的進氣管中的過程中，由於工藝氣體在混氣腔中充分擴散，這可以減小進氣管不同區域之間的氣流速度差異，避免進氣管中的氣流場產生包含死區和渦流的亂流區，從而可以避免死區中的工藝氣體流入工藝腔室與襯底反應，導致不同襯底的生產過程產生差異，進而可以提高工藝穩定性。另外，通過使上述進氣組件的出氣方向與進氣方向相同，可以使工藝氣體以最短的路徑流入進氣管中，提高進氣效率，同時由於上述進氣組件是用於將工藝氣體輸送至進氣管中，在這種情況下，通過使上述進氣組件的出氣方向與進氣方向相同，有助於減小進氣管不同區域之間的氣流速度差異，提高氣流速度均勻性。
本發明實施例提供的進氣裝置，其通過採用本發明實施例提供的上述進氣組件，不僅可以提高工藝氣體的組分分佈均勻性，而且還可以減小進氣管不同區域之間的氣流速度差異，從而可以提高工藝穩定性。
本發明實施例提供的半導體加工設備，其通過採用本發明實施例提供的上述進氣裝置，可以對工藝氣體進行充分混合和勻氣，從而不僅可以提高工藝氣體的組分分佈均勻性，而且還可以提高工藝腔室的不同區域之間的氣流速度差異，從而可以提高工藝穩定性。
為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖來對本發明實施例提供的半導體工藝設備中工藝腔室的進氣組件、進氣裝置及半導體加工設備進行詳細描述。
第一實施例
請參閱圖2，本實施例提供一種半導體工藝設備中工藝腔室的進氣組件1，該進氣組件1用於將工藝氣體輸送至與工藝腔室（圖中未示出）連通的進氣管5中。該半導體工藝設備例如為外延生長設備，其工藝腔室的工藝溫度通常較高（例如在1600℃以上），在這種情況下，進氣組件1不能直接與工藝腔室連接，只能通過進氣管5將工藝氣體輸送至工藝腔室中，該進氣管可以起到隔熱作用，使進氣組件1（通常採用金屬材料製作）遠離工藝腔室。進氣管例如可以採用石英管。
具體地，上述進氣組件1中沿進氣方向（即，圖2中的X方向）依次設置有多個混氣腔，例如圖2示出了五個混氣腔（11a-11e）；任意相鄰的兩個混氣腔互相連通，例如，可以在進氣組件1中，且位於任意相鄰的兩個混氣腔之間設置與二者連通的多個勻氣孔12，多個勻氣孔12沿垂直於進氣方向的方向（即，圖2中的Y方向）間隔設置，以能夠均勻地輸送工藝氣體。並且，該進氣組件1包括進氣接頭2，該進氣接頭2與位於進氣方向最上游的混氣腔（即，圖2中的混氣腔11a）連通，例如，可以在進氣組件1中，且位於最上游的混氣腔11a的上游設置與該混氣腔11a連通的進氣孔13，該進氣孔13與進氣接頭2連接，進氣接頭2用於與氣源的進氣管路（圖中未示出）連接，由氣源提供的工藝氣體依次通過進氣接頭2和進氣孔13流入最上游的混氣腔11a中。可選的，上述進氣孔13位於與之連通的混氣腔11a在Y方向上的中心位置處，以使經由進氣孔13流入最上游的混氣腔11a的工藝氣體朝兩側擴散的路徑相同。此外，位於進氣方向最下游的混氣腔（即，圖2中的混氣腔11e）與進氣管5連通，例如在進氣組件1中，且位於最下游的混氣腔11e的下游設置分別與該混氣腔11e和進氣管5連通的多個射流孔14，多個射流孔14沿垂直於進氣方向的方向（即，圖2中的Y方向）間隔設置，以能夠均勻地將工藝氣體輸送至進氣管5中。
上述進氣組件1的出氣方向為氣體從最下游的混氣腔流出的方向，且該出氣方向與上述進氣方向（即，圖2中的X方向）相同。這樣，可以使工藝氣體以最短的路徑流入進氣管5中，提高進氣效率，同時由於上述進氣組件1是用於將工藝氣體輸送至進氣管5中，在這種情況下，通過使上述進氣組件1的出氣方向與上述進氣方向相同，有助於減小進氣管5不同區域（尤其是在Y方向上的不同區域）之間的氣流速度差異，提高氣流速度均勻性。
借助沿進氣方向依次設置有多個混氣腔，可以將工藝氣體逐層進行混合，從而可以對工藝氣體中的多種氣體組分進行充分混合，使工藝氣體充分擴散，提高工藝氣體的組分分佈均勻性，進而可以提高工藝穩定性。同時，上述進氣組件在將工藝氣體輸送至與工藝腔室連通的進氣管5中的過程中，由於工藝氣體在混氣腔中充分擴散，這可以減小進氣管5不同區域（尤其是在Y方向上的不同區域）之間的氣流速度差異，避免進氣管5中的氣流場產生包含死區和渦流的亂流區，從而可以避免死區中的工藝氣體流入工藝腔室與襯底反應，導致不同襯底的生產過程產生差異，進而可以提高工藝穩定性。
第二實施例
本發明第二實施例提供的工藝腔室的進氣組件，其是在上述第一實施例的的基礎上所做的改進。具體地，如圖3A至圖6所示，進氣組件1採用分體式結構，具體包括沿進氣方向（即，圖3B中的X方向）依次連接的進氣件10a、一個或多個混氣件10b和射流板10c，其中，以混氣件10b為一個為例，進氣件10a和混氣件10b上均開設有開口朝向進氣方向（即，圖3B中的X方向）的凹槽，該凹槽中設置有隔離件141，用以將凹槽在垂直於進氣方向的方向（即，圖3B中的Y方向）是劃分為多個子凹槽，例如，如圖4和圖5所示，進氣件10a和混氣件10b上的凹槽中均設置有兩個隔離件141，用以將進氣件10a和混氣件10b上的凹槽劃分為三個子凹槽（111a，111b，111c），三個子凹槽（111a，111b，111c）例如在Y方向上間隔設置。
進氣孔為多個，多個進氣孔劃分為多個進氣孔組，進氣孔組的數量與子凹槽的數量相同，且一一對應地設置。例如，如圖4所示，與三個子凹槽（111a，111b，111c）相對應的，多個進氣孔劃分為三個進氣孔組，每個進氣孔組均可以包括一個或多個進氣孔，以每個進氣孔組包括一個進氣孔為例，三個進氣孔組中的進氣孔分別為13a，13b和13c，且對應設置在三個子凹槽（111a，111b，111c）底部。進氣組件1包括三個進氣接頭（2a，2b，2c），三個進氣接頭（2a，2b，2c）均設置在進氣件10a上，且分別通過三個進氣孔（13a，13b，13c）與進氣件10a上的三個子凹槽（111a，111b，111c）相連通。在一些可選的實施例中，如圖3B所示，三個進氣孔（13a，13b，13c）分別對應地位於三個子凹槽（111a，111b，111c）在Y方向上的中心位置，這樣有助於氣體向四周邊緣均勻擴散。
進氣件10a上的三個子凹槽（111a，111b，111c）與位於進氣方向最上游的混氣件互相配合對應形成一混氣腔，任意相鄰的兩個混氣件中，位於上游的混氣件上的凹槽與位於下游的混氣件互相配合形成一混氣腔。以混氣件10b為一個為例，進氣件10a與混氣件10b在X方向上相互疊置，且進氣件10a上的三個子凹槽（111a，111b，111c）與該混氣件10b互相配合對應形成三個封閉的混氣腔，即，三個子凹槽（111a，111b，111c）的內表面與混氣件10b的與子凹槽相對的表面圍成封閉的混氣腔。
在本實施例中，進氣件10a和混氣件10b之間設置有第一密封圈3，用以密封混氣腔。當然，對於多個混氣件的情況，任意相鄰的兩個混氣件10b之間也設置有第一密封圈3，用以密封混氣腔。
在本實施例中，射流板10c設置在位於進氣方向最下游的混氣件的凹槽的開口處，且與位於進氣方向最下游的混氣件上的凹槽互相配合形成一混氣腔。以混氣件10b為一個為例，射流板10c與混氣件10b的朝向進氣方向的凹槽的端面相疊置，且與混氣件10b上的三個子凹槽（111a，111b，111c）互相配合對應形成三個封閉的混氣腔，即，三個子凹槽（111a，111b，111c）的內表面與射流板10c的與子凹槽相對的表面圍成封閉的混氣腔。
在本實施例中，射流板10c上開設有射流孔，位於進氣方向最下游的混氣腔通過該射流孔與進氣管連通。該射流孔的出氣方向即為進氣組件1的出氣方向。並且，射流孔為多個，多個射流孔劃分多個射流孔組，射流孔組的數量與子凹槽的數量相同，且一一對應地設置。以混氣件10b為一個為例，如圖6所示，對於混氣件10b上的三個子凹槽（111a，111b，111c），射流孔分為三個射流孔組，其中，第一射流孔組包括多個射流孔14a，該射流孔14a分別與混氣件10b上的子凹槽111a和進氣管5連通；第二射流孔組包括多個射流孔14b，該射流孔14b分別與混氣件10b上的子凹槽111b和進氣管5連通；第三射流孔組包括多個射流孔14c，該射流孔14c分別與混氣件10b上的子凹槽111c和進氣管5連通。
在本實施例中，如圖5所示，混氣件10b的凹槽底部開設有勻氣孔，勻流孔為多個，多個勻流孔劃分為多個勻氣孔組，勻氣孔組的數量與子凹槽的數量相同，且一一對應地設置。例如，對應於三個子凹槽（111a，111b，111c），將勻氣孔劃分為三個勻氣孔組，其中，第一勻氣孔組包括設置在混氣件10b的子凹槽111a底部的多個勻氣孔12a，各個勻氣孔12a和與之相鄰的兩個子凹槽111a相連通；第二勻氣孔組包括設置在混氣件10b的子凹槽111b底部的多個勻氣孔12b，各個勻氣孔12b和與之相鄰的兩個子凹槽111b相連通；第三勻氣孔組包括設置在混氣件10b的子凹槽111c底部的多個勻氣孔12c，各個勻氣孔12c和與之相鄰的兩個子凹槽111c相連通。
可選的，如圖5所示，為了保證氣體流通的效果，氣流速度滿足工藝要求，每個勻氣孔組中的多個勻氣孔在Y方向和與之相互垂直的Z方向呈陣列排布，多個勻氣孔的直徑從子凹槽中心沿Y方向向兩側邊緣逐漸增大。例如，如圖5所示，中間的勻氣孔組中的多個勻氣孔12b在Y方向上排成13列，在Z方向上排成2行。可選的，每個勻氣孔組中的多個勻氣孔在Z方向上排列的行數大於等於2行。
由於進氣孔位於對應的子凹槽在Y方向上的中心位置，若與該子凹槽對應的同一勻氣孔組中的多個勻氣孔的直徑相同，則靠近中間的勻氣孔輸出的氣流速度勢必大於兩側邊緣的勻氣孔輸出的氣流速度，為此，通過使同一勻氣孔組中的多個勻氣孔的直徑由對應的子凹槽的中心沿Y方向向兩側邊緣逐漸增大，可以使氣體流動阻力由對應的子凹槽的中心沿Y方向向兩側邊緣逐漸減小，以盡可能地使同一勻氣孔組中的多個勻氣孔的氣流速度一致，防止大部分氣體從中間的勻氣孔流出，促使氣體向兩側邊緣擴散，從而不僅有助於氣體的充分混和，而且可以減少混氣腔中的氣流場產生的死區，保證氣體從混氣腔中全部流出，從而可以提高工藝穩定性。
可選的，為了進一步保證氣體流通的效果，沿進氣方向（即，X方向）由上游至下游，不同的勻氣孔組中的勻氣孔的行數逐漸增多，且不同的勻氣孔組中同一行的勻氣孔數量逐漸增多。例如，若混氣件為三個，沿X方向由上游至下游，第一個混氣件與第二個混氣件之間的每組勻氣孔組中的多個勻氣孔在Z方向上排列的行數最少，例如為2行，且在Z方向上排列的同一行的勻氣孔數量為3個；第二個混氣件與第三個混氣件之間的每組勻氣孔組中的多個勻氣孔在Z方向上排列的行數增加1行，為3行，且在Z方向上排列的同一行的勻氣孔數量為4個。需要說明的是，每個勻氣孔組中的多個勻氣孔的直徑、在Z方向上排列的行數以及每一行的勻氣孔數量可以根據具體需要自由設定。
在一些實施例中，為了提高混氣和勻氣的效果，避免氣體直接自上游的勻氣孔流入相鄰的勻氣孔，在X方向上，任意相鄰兩個勻氣孔組中的多個勻氣孔相互交錯，即，兩個勻氣孔不同軸設置。另外，可選的，也可以使每個射流孔與相鄰的勻氣孔相互交錯。
在一些實施例中，為了保證混合和勻氣的效果，各個勻氣孔的直徑不易過大，例如各個勻氣孔的直徑小於等於4mm。
在一些實施例中，所有射流孔的直徑相同。例如，如圖6所示，三組射流孔組中的射流孔（14a，14b，14c）的直徑均相同，這樣，可以減少自進氣組件1輸出的工藝氣體在進氣管中形成的氣流場的死區和渦流，防止死區中的工藝氣體在飽和之後會溢出，並流入工藝腔室與襯底反應，進而可以提高工藝穩定性。可選的，射流孔的直徑小於勻氣孔的直徑，以盡可能地提高混氣效果。例如，射流孔的直徑小於或等於4mm。
在一些實施例中，為了進一步保證氣體流通的效果，與勻氣孔相類似的，每個射流孔組中的多個射流孔在Y方向和Z方向呈陣列排布。例如，如圖6所示，三個射流孔組中，中間的射流孔組中的多個射流孔14b在Y方向上排成27列，在Z方向上排成3行。在實際應用中，可以根據具體要求設定每個射流孔組中的多個勻氣孔在Z方向上排列的行數，通常大於等於2行。
可選的，為了進一步保證氣體流通的效果，每個射流孔組中的多個射流孔在Z方向上排列的行數大於每個勻氣孔組中的多個勻氣孔在Z方向上排列的行數。可選的，為了進一步保證氣體流通的效果，每個射流孔組中同一行的射流孔數量大於每個勻氣孔組中同一行的勻氣孔數量。
第三實施例
作為另一個技術方案，本發明第三實施例提供一種進氣裝置，請參閱圖7A，該進氣裝置包括本發明上述各個實施例提供的進氣組件1，還包括進氣管5和過渡組件6，進氣組件1和過渡組件6分別設置在進氣管5的兩端，進氣管5通過過渡組件6與工藝腔室（圖中未示出）連通。上述進氣管5可以起到隔熱作用，使進氣組件1（通常採用金屬材料製作）遠離工藝腔室。在一些實施例中，進氣管5在X方向上的長度大於或等於300mm，以保證進氣組件1遠離工藝腔室。上述過渡組件6位於進氣管5與工藝腔室之間，可以起到對進氣管5的隔熱作用，同時使進氣管5遠離工藝腔室，使進氣管5所在的環境溫度在進氣管5所能承受的範圍內，避免進氣管5直接與工藝腔室連接而產生無法耐高溫融裂的風險。
在本實施例中，如圖7B所示，進氣管5包括沿進氣方向（即，X方向）依次設置的漸擴管段5a和直管段5b，其中，漸擴管段5a的截面尺寸（即，在Y方向上的尺寸）沿進氣方向逐漸增大。這樣，有助於工藝氣體逐漸擴散，防止工藝氣體從射流孔組中的射流孔流出後，由於進入流通區域相對較大的氣流通道中，而迴旋產生渦流，從而可以減少進氣管5內氣流場的死區和渦流，防止死區中的工藝氣體在飽和之後會溢出，並流入工藝腔室與襯底反應，進而可以提高工藝穩定性。
在一些實施例中，如圖8所示，進氣管5中設置有至少一個隔板51，用以在沿垂直於上述進氣方向的方向（即，Y方向）上將進氣管5分隔為多個氣流通道，例如圖7B示出的三個氣流通道（52a，52b，52c），並且，如圖8所示，每個隔板51包括沿進氣方向依次設置的等厚部分51a和漸薄部分51b，其中，該漸薄部分51b在Y方向上的厚度由進氣端向出氣端逐漸減小。這樣，可以對從氣流通道流出的工藝氣體起到均勻過渡的作用，避免自氣流通道流出的工藝氣體產生渦流。在實際應用中，本發明實施例對漸薄部分51b在X方向上的長度不做限制，只要起到均勻過渡的作用即可。
如圖7B所示，三個氣流通道（52a，52b，52c）與三個射流孔組一一對應地設置，每個氣流通道的兩端分別與對應的射流孔組中的多個射流孔和工藝腔室的進氣口連通，用以將自進氣組件1輸出的工藝氣體輸送至工藝腔室中，且使不同射流孔組中的射流孔流出的氣體保持獨立輸送。
在一些實施例中，如圖7C所示，在進氣組件1中位於最下游的混氣件10b與進氣管5之間設置有隔離件4，用以將二者相互隔離。這樣可以避免因進氣組件1（通常採用金屬材料製作）與諸如石英等的易碎材料製作的進氣管5直接安裝接觸。具體地，混氣件10b與進氣管5相對的表面上設置有容納槽，射流板10c設置在該容納槽中，且射流板10c的外周面與該容納槽的內周面之間具有環形間隙41；並且，隔離件4為設置在環形間隙41中的第二密封圈，用以密封射流板10c與混氣件10b之間的混氣腔；並且，上述第二密封圈相對於射流板10c的與進氣管5相對的表面凸出，用以將射流板10c與進氣管5相互隔離。借助上述第二密封圈，既可以對勻流腔進行密封，又可以將射流板10c與進氣管5相互隔離。
在一些實施例中，為了保證能夠將射流板10c與進氣管5相互隔離，上述第二密封圈應採用具有一定硬度的材質，可選的，採用邵氏硬度為60的密封圈，例如氟橡膠。
在一些實施例中，如圖7A和圖7B所示，過渡組件6分別與進氣管5和工藝腔室連接，且過渡組件6中設置有預熱通道，該預熱通道的兩端分別與多個氣流通道的出氣端和工藝腔室連通。可選的，為了便於過渡組件6的更換，過渡組件6包括沿進氣方向依次插接的多個過渡件，例如，圖7B示出了兩個過渡件（61，62），位於進氣方向最上游的過渡件61與進氣管5插接，位於進氣方向最下游的過渡件62與工藝腔室連通。通過設置多個過渡件（61，62），可以根據具體情況選擇更換距離工藝腔室最近的過渡件62，從而降低了使用成本。
在一些實施例中，進氣管5採用石英製作；過渡件採用石墨製作。在這種情況下，借助過渡件，不僅可以使進氣管5遠離工藝腔室，使其所處環境的溫度在能夠承受的範圍內，避免進氣管5因直接與工藝腔室連接而產生融裂的風險，而且採用石墨製作的過渡件具有較好的導熱性能，其可以使流經的工藝氣體逐漸升溫，從而可以在工藝氣體達到工藝腔室中的反應區之前對其進行預熱，進而可以提高工藝氣體的反應效率。可選的，在過渡組件6中預熱通道的內壁覆蓋設置有保護層，用以避免石墨掉落顆粒等雜質污染工藝氣體，該保護層例如為碳化矽層。
在一些實施例中，若進氣管5和過渡件採用熱膨脹係數不同的材料製作，例如，進氣管5採用石英製作；過渡件採用石墨製作，為了防止因進氣管5和過渡件相互之間膨脹程度不同而導致零部件受損，進氣管5和過渡件採用插接的方式連接。例如，如圖9所示，進氣管5和過渡件61彼此相對的一端分別設置有相互嵌套的第一環形插接件53和第二環形插接件64，以使二者之間不存在任何螺紋固定等強制性安裝，且在第一環形插接件53的內周面與第二環形插接件64的外周面之間具有第一預設間隙，以為熱膨脹變形預留足夠的空間。
另外，針對多個過渡件的情況，如圖9所示，每相鄰兩個過渡件（例如兩個過渡件61和62）分別設置有相互嵌套的第二環形插接件64和第三環形插接件65，且在第二環形插接件64的內周面與第三環形插接件64的外周面之間具有第二預設間隙。
本發明實施例提供的進氣裝置，其在進氣管5中的氣流場如圖10所示，由圖10可知，自進氣組件1流出的工藝氣體在進氣管5中的氣流場在區域B中基本已經沒有渦流和死區存在。圖11為本發明第三實施例提供的進氣裝置與現有技術的氣流場的流線對比圖。其中，（a）圖中，自現有的進氣裝置流出的工藝氣體在分流本體中的氣流場在區域C1中存在明顯的渦流和死區；與之相比，（b）圖中，自本發明實施例提供的進氣裝置流出的工藝氣體在進氣管5中的氣流場在區域C2中基本已經沒有渦流和死區存在。同時，對工藝氣體中的多種氣體組分進行充分混合，同時可以使工藝氣體充分擴散，從而可以提高工藝氣體的組分分佈均勻性。
綜上所述，本發明實施例提供的進氣裝置，其通過採用本發明實施例提供的上述進氣組件，不僅可以提高工藝氣體的組分分佈均勻性，而且還可以減小進氣管不同區域之間的氣流速度差異，從而可以提高工藝穩定性。
第四實施例
本發明第四實施例還提供一種半導體加工設備，包括工藝腔室7及其進氣裝置。該進氣裝置採用本發明上述第三實施例提供的進氣裝置。
在一些實施例中，如圖12所示，上述進氣裝置包括進氣組件1、進氣管5和過渡組件6，三者沿進氣方向依次連接，其中，過渡組件6與工藝腔室7連接，且過渡組件6中的預熱通道與工藝腔室7的內部連通。這樣，獨立的多路工藝氣體可以依次經由進氣組件1、進氣管5和過渡組件6分別流入工藝腔室7中基座71的不同區域。
本發明實施例提供的半導體加工設備，其通過採用本發明實施例提供的上述進氣裝置，可以對工藝氣體進行充分混合和勻氣，從而不僅可以提高工藝氣體的組分分佈均勻性，而且還可以提高工藝腔室的不同區域之間的氣流速度差異，從而可以提高工藝穩定性。
可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不局限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。
1:進氣組件
10a:進氣件
10b:混氣件
10c:射流板
11a、11b、11c、11d、11e:混氣腔
111a、111b、111c:子凹槽
12、12a、12b、12c:勻氣孔
13、13a、13b、13c:進氣孔
14、14a、14b、14c:射流孔
141:隔離件
2、2a、2b、2c:進氣接頭
3:第一密封圈
4:隔離件
41:環形間隙
5:進氣管
5a:漸擴管段
5b:直管段
51:隔板
51a:等厚部分
51b:漸薄部分
52a、52b、52c:氣流通道
53:第一環形插接件
6:過渡組件
61、62:過渡件
64:第二環形插接件
65:第三環形插接件
7:工藝腔室
71:基座
A、B、C1、C2:區域
圖1為現有的進氣裝置的氣流場的分佈圖；
圖2為本發明第一實施例提供的半導體工藝設備中工藝腔室的進氣組件在X-Y平面上的剖視圖；
圖3A為本發明第二實施例提供的半導體工藝設備中工藝腔室的進氣組件的立體圖；
圖3B為本發明第二實施例提供的半導體工藝設備中工藝腔室的進氣組件在X-Y平面上的剖視圖；
圖3C為本發明第二實施例提供的半導體工藝設備中工藝腔室的進氣組件在X-Z平面上的剖視圖；
圖4為本發明第二實施例採用的進氣件的結構圖；
圖5為本發明第二實施例採用的混氣件的結構圖；
圖6為本發明第二實施例採用的射流板的結構圖；
圖7A為本發明第三實施例提供的進氣裝置的立體圖；
圖7B為本發明第三實施例提供的進氣裝置在X-Y平面上的剖視圖；
圖7C為本發明第三實施例提供的進氣裝置在X-Z平面上的局部剖視圖；
圖8為本發明第三實施例採用的進氣管在X-Y平面上的剖視圖；
圖9為本發明第三實施例採用的過渡組件在X-Z平面上的剖視圖；
圖10為本發明第三實施例提供的進氣裝置的氣流場的示意圖；
圖11為本發明第三實施例提供的進氣裝置與現有技術的氣流場的流線對比圖；
圖12為本發明第四實施例提供的半導體加工設備的剖視圖。
1:進氣組件
10a:進氣件
10b:混氣件
10c:射流板
111a、111b、111c:子凹槽
12a、12b、12c:勻氣孔
13a、13b、13c:進氣孔
141:隔離件
2a、2b、2c:進氣接頭
3:第一密封圈
Claims (14)
- 一種半導體工藝設備中工藝腔室的進氣組件，其中所述進氣組件用於將工藝氣體輸送至與所述工藝腔室連通的進氣管中， 所述進氣組件中沿進氣方向依次設置有多個混氣腔，任意相鄰的兩個所述混氣腔互相連通，所述進氣組件包括進氣接頭，所述進氣接頭與位於所述進氣方向最上游的所述混氣腔連通，位於所述進氣方向最下游的所述混氣腔與所述進氣管連通；所述進氣組件的出氣方向與所述進氣方向相同。
- 如請求項1所述之進氣組件，其中所述進氣組件包括沿所述進氣方向依次連接的進氣件、一個或多個混氣件、射流板，其中， 所述進氣件和所述混氣件上均開設有開口朝向所述進氣方向的凹槽，所述進氣接頭設置在所述進氣件上，所述進氣件上的所述凹槽與位於所述進氣方向最上游的所述混氣件互相配合形成一所述混氣腔，任意兩個相鄰的所述混氣件中，位於上游的所述混氣件上的所述凹槽與位於下游的所述混氣件互相配合形成一所述混氣腔； 所述射流板設置在位於所述進氣方向最下游的所述混氣件的凹槽的開口處，且與位於所述進氣方向最下游的所述混氣件上的所述凹槽互相配合形成一所述混氣腔。
- 如請求項2所述之進氣組件，其中所述進氣件的所述凹槽底部開設有進氣孔，所述進氣接頭與所述進氣孔連通，所述混氣件的所述凹槽底部開設有勻氣孔，任意相鄰的兩個所述混氣腔通過所述勻氣孔互相連通，所述射流板上開設有射流孔，位於所述進氣方向最下游的所述混氣腔通過所述射流孔與所述進氣管連通。
- 如請求項3所述之進氣組件，其中所述凹槽中設置有至少一個隔離件，用以在垂直於所述進氣方向的方向上將所述凹槽劃分為多個子凹槽；所述進氣孔為多個，多個所述進氣孔劃分為多個進氣孔組，所述進氣孔組的數量與所述子凹槽的數量相同，且一一對應地設置；所述勻氣孔為多個，多個所述勻氣孔劃分為多個勻氣孔組，所述勻氣孔組的數量與所述子凹槽的數量相同，且一一對應地設置；所述射流孔為多個，多個所述射流孔劃分為多個所述射流孔組；所述射流孔組的數量與所述子凹槽的數量相同，且一一對應地設置；所述射流孔的出氣方向即為所述出氣方向。
- 如請求項4所述之進氣組件，其中每個所述勻氣孔組均包括多個所述勻氣孔，同一所述勻氣孔組中的多個所述勻氣孔呈陣列排布，多個所述勻氣孔的直徑從所述子凹槽中心向兩側邊緣逐漸增大。
- 如請求項5所述之進氣組件，其中沿所述進氣方向由上游至下游，不同的所述勻氣孔組中的所述勻氣孔的行數逐漸增多，且不同的所述勻氣孔組中同一行的勻氣孔數量逐漸增多。
- 如請求項6所述之進氣組件，其中在所述進氣方向上，任意相鄰兩組所述勻氣孔組中的所述勻氣孔相互交錯。
- 如請求項4所述之進氣組件，其中每個所述射流孔組均包括多個所述射流孔，多個所述射流孔呈陣列排布，多個所述射流孔的直徑相同，且小於所述勻氣孔的直徑，所述射流孔組中多個所述射流孔的行數大於對應的所述勻氣孔組中多個所述勻氣孔的行數，所述射流孔組中任意一行射流孔的數量均大於對應的所述勻氣孔組中同一行勻氣孔的數量。
- 一種進氣裝置，其包括請求項1至8任一項所述的進氣組件、進氣管和過渡組件，所述進氣組件和所述過渡組件分別設置在所述進氣管的兩端，所述進氣管通過所述過渡組件與所述工藝腔室連通。
- 如請求項9所述之進氣裝置，其中所述進氣管包括沿所述進氣方向依次設置的漸擴管段和直管段，其中，所述漸擴管段的截面尺寸沿所述進氣方向逐漸增大。
- 如請求項9所述之進氣裝置，其中所述進氣管中設置有隔板，用以在沿垂直於所述進氣方向的方向上將所述進氣管分隔為多個氣流通道，所述隔板包括沿所述進氣方向依次設置的等厚部分和漸薄部分，其中，所述漸薄部分的厚度沿所述進氣方向逐漸減小。
- 如請求項9所述之進氣裝置，其中所述過渡組件包括沿所述進氣方向依次插接的多個過渡件，位於所述進氣方向最上游的所述過渡件與所述進氣管插接，位於所述進氣方向最下游的所述過渡件與所述工藝腔室連通。
- 如請求項12所述之進氣裝置，其中所述進氣管採用石英製作；所述過渡件均採用石墨製作。
- 一種半導體加工設備，包括工藝腔室，其特徵在於，還包括請求項9至12中任一項所述的工藝腔室的進氣裝置。
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